数控机床电气控制系统的plc设计

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数控机床电气控制系统的 PLC 设计

数控机床电气控制系统的 PLC 设计

摘要：数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心 技术，其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合国力的水平， 近年来，PLC 在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、 组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势是其它工控产品难 以比拟的。本文介绍某数控机床电气控制系统的 PLC 设计的具体步 骤及方法。

关键词：电气系统 数控机床 PLC

中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：

随着 PLC（可编程控制器）技术的发 展, 它在位置控制、过程 控制、数据处理等方面的应用也越来越多。在机床的实际设计和生 产过程中，为了提高数控机床加工的精度，对其定位控制装置的选 择就显得尤为重要。PLC 是一种专门为工业运用而设计出来的计算 机，目前已经被运用到数控机床这一工业领域之中。PLC 在控制的 性能和硬件成本等诸多方面所展现出的种种优势均为其他种类的工 业控制产品所无法进行比拟的。所以，可编程控制器技术在工业自 动化在数控机床中的运用正在变得愈来愈多。 1、数控车床电气控制电路分析

1.1 工作原理及功能

数控车床根据被加工零件工作图与工艺过程卡，用规定的数控 代码和程序格式编写加工程序，将正确的加工程序输入数控系统， 数控系统将给定的加工程序和输入的信号，进行运算和控制处理， 然后将处理的结果送往控制系统，驱动机床的各运动部件有序地按 机械加工要求运行，自动地制造出合格的零件。数控车床是用来加 工轴类或盘类的回转体零件，自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧 面、端面、螺纹等工序的切削加工，广泛应用于机械制造业。改造

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后的车床应该满足上述功能。 1.2 电气控制电路的分析

1.2.1 主轴电机电气控制

主轴电动机 M3 是一台交流变频电动机，由变频器驱动，正转、 反转及速度控制也是由数控系统进行控制。 1.2.2 主轴控制

来自零件程序的输入信号有：M03、M04、M05。

来自机床操作面板有主轴正转、反转、点动、停止。

输出信号：主轴正转 Q0.0；主轴反转 Q0.1；主轴停止 Q0.2。 1.2.3 其他辅助电机控制

数控车床辅助电机主要有刀架电机、冷却泵电机、润滑泵电机， 各辅助电机的控制简述如下：

（1）冷却泵电动机控制：

来自零件程序输入信号有：MO8、MO9；来自机床操作面板，冷 却起停键；冷却控制输出信号：Q0.3；手动控制-按纽；自动控制- 数控指令 M 代码。

（2）润滑泵电动机控制：

输入信号：来自机床参数设置导轨润滑间隔；来自机床控制面 板导轨润滑键；输出信号润滑控制 Q06；手动控制-按钮；自动控制 -机床参数设定。

（3）刀架电动机控制：

输入信号：I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6 来自刀位检测信号 来自零件程序 T 代码有 I1.0：T1；I1.1：T2；I1.2 T3；I1.3：T4；

来自机床控制面板手动换刀键。

输出信号：刀架正转 Q0.4；刀架反转 Q0.5。手动控制―按钮： 数控系统→KM1→KM2→刀架电动机 M3。自动控制―数控指令 T 代码： 数控系统→KM1→KM2→刀架电动机 M3。 2、电气系统设计

2.1 强电电气控制柜的设计 2.1.1 控制电路及组成

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（1）控制电路：1）交流 380V 电源通过漏电保护总开关 QS 和 空气开关 QF1 供主轴变频器使用。2）交流 380V 电源通过变压器转 换成交流 220V 电源通过空气开关 QF2、供给伺服放大器作电源用。 3）交流 380V 电源通过变压器转换成交流 220V 电源通过 U41、W41 经开关电源供直流 24V 给系统供电用。4）交流 380V 电源通过空气 开关 QF3，接触器 KM1、KM2 使刀架正转（换位）、反转。

（2）电路组成：380V 电源经开关 QS 后接入各电源回路中，开 关 QS 后有 4 个空气开关（QF1、QF2、QF3、QF4）、3 个接触器 （KM1、KM2、KM3）、1 个 DC24/5A 开关电源、1 个 2.2KW 变压器等组 成。所有强电都安装在电控柜内。

2.1.2 电源输出

（1）I/O 接口模块直流 24V 接线柱已与外部相连。如发现电压 不稳，立急断电，查明原因并解决后才能上电，直流 24V 开关电源 容量为直流 24V/5A，数控系统需 3A，外部电源可提供 2A 容量供用 户使用。（2）电源输出模块有一电源钥匙开关，其开关是为强电的 控制回路供电。

2.2 电气控制电路的设计

数控系统由隔离变压器提供 AC220V 电源，以避免电网扰动对系 统的干扰。X 轴和 Z 轴的驱动装置由机床变压器提供 AC220V 电源。 采用两个开关稳压电源分别提供 I/O+24V 和中间继电器+24V，以避 免干扰对 I/O 信号的影响。整个系统的电源配置必须接地可良好， 因为接地的好坏直接影响到系统的抗干扰性和安全性。

2.2.1 主电路设计

数控车床主电路包括主轴控制电路、刀架电机控制电路、冷却 电机控制电路和伺服驱动组成。如图 1 所示为数控车床电气控制中 的 380V 强电回路图。

QS 为电源总开关，QF1、QF3、QF4、QF2 分别为主轴控制、刀架 控制、冷却控制、伺服驱动空气开关为电路的短路保护。TC1 为控 制变压器，初级为 AC380V，次级为 AC220V。

主轴控制电动机 M1，由变频器控制主轴的转速；刀架电动机 M3 由接触器 KM1/KM2 来控制正反转；冷却控制电动机 M2 由接触器 KM3

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控制正转。

2.2.2 控制电路设计

数控车床控制电路包括冷却控制、刀架控制、风机冷却、开关 电源、CNC 系统控制等组成。如图 2 所示。

数控车床系统输出接口，控制功能有主轴正转、主轴反转、冷 却控制、刀架正转、刀架反转等功能。伺服驱动系统。其正转、反 转及速度控制是由数控系统进行控制的。

3、结语

数控机床是集计算机技术、PLC 技术、自动化技术等于一身的 机电一体化产物，作为数控机床核心的控制系统直接关系到设备的 正常运行，利用数控机床 PLC 的强大功能，可以充分发挥数控机床 控制系统的作用，还可以为数控机床故障诊断及故障维修带来极大 的方便

参考文献

[1]张路霞.利用 PLC 进行数控机床的故障检测[J].设备管理与 维修，2011.3.

[2]朱楠.浅谈 PLC 在数控机床中的运用[J].制造业自动化， 2012.9.

[3]802SC511 安装调试手册.

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